周興棟 陳建軍

[摘要]近幾年我國的心血管報告均表明，我國心血管疾病發(fā)病率和死亡率都呈逐年升高趨勢。研究表明，半乳糖凝集素-3在心血管疾病的發(fā)生和進展中發(fā)揮了重要作用，對患者的預后也有很大影響。本文對半乳糖凝集素-3的結構和特性，以及其在冠狀動脈粥樣硬化性心臟病、心力衰竭和心房顫動等疾病中的研究進展進行了綜述。

[關鍵詞]半乳糖凝集素-3；冠狀動脈粥樣硬化性心臟??；心力衰竭；心房顫動

凝集素是一類非免疫來源、無酶活性的多價糖類結合蛋白，主要以非經(jīng)典分泌的方式由細胞液分泌到細胞間，擁有多種生物學作用。廣泛存在于自然界的凝集素，根據(jù)來源大致可分為三大類：動物類、植物類和微生物類。多數(shù)動物凝集素被分為明顯不同的四個家族：C型凝集素類、P-型凝集素類、半乳糖凝集素類和正五聚蛋白凝集素類，其中半乳糖凝聚素（galectins，Gal）在研究早期亦稱作S.型/S-Lac選擇素、IgE結合蛋白等。本篇綜述主要是介紹半乳糖凝集素-3（galectin-3，Gal-3）在冠狀動脈粥樣硬化性心臟病（coronary heart disease，CHD）、心力衰竭（heart failure，HF）及心房顫動（artial fibrillation，AF）等心血管疾病中的研究進展。

1 Gal的屬性和結構

各類半乳糖凝集素主要由兩個固定屬性定義：一是具有共同特性的氨基酸序列，二是具有較強親和力的J3一半乳糖苷。國外學者研究發(fā)現(xiàn)，把編碼Gal的基因命名為LGALS，一般情況下，基因編號能夠與其編碼的蛋白編號保持一致，所以LGALS1編碼Gal-1，LGALS2編碼Gal-2，LGAIS3編碼Gal-3，以此類推至Gal-15。截止目前，研究發(fā)現(xiàn)的15個半乳糖凝集素主要存在于哺乳動物中，哺乳動物的Gal多達12個，以連續(xù)編號命名為Gal-1、-2、-3至-12。在人類中，LGALS1和LGALS2已被映射到22號染色體的q12-q13區(qū)域，LGALS3即Gal-3已被映射到染色體ip13。

以分子結構為標準，目前已發(fā)現(xiàn)的半乳糖凝集素大致可分為三型：（1）原型半乳糖凝集素：含有單一的糖識別結構域（carbohydrate recognition domain，CRD）；（2）嵌合型半乳糖凝集素：一個CRD與一個膠原蛋白樣重復結構域融合；（3）串聯(lián)重復型半乳糖凝集素：兩個CRD串聯(lián)融合。Gal-3是動物嵌合型凝集素的唯一代表，因而有著獨特的分子結構：N端結構域，由大量甘氨酸、酪氨酸和脯氨酸串聯(lián)組成的重復序列結構域，以及CRD；因能專一識別β-半乳糖苷而發(fā)揮相應的生物學作用，分子量約30kDa。

2 Gal-3的促炎作用

Gal-3被越來越多地作為一個生物調制器，擁有多種生物學功能，如氧化應激、細胞增殖，巨噬細胞趨化、吞噬作用、中性粒細胞滲出、中性粒細胞遷移過程中靜脈血栓形成、細胞凋亡、纖維化和血管生成等?？偟膩碚f，作為各種炎性刺激的應答反應之一，嗜酸性粒細胞、肥大細胞、中性粒細胞及巨噬細胞等產生和分泌大量的Gal-3又可以作為促炎因子或/和炎癥因子而加強炎癥反應。這也是它在心血管疾病中發(fā)揮作用的主要途徑。Gal-3可觸發(fā)或促進中性粒細胞和單核細胞的呼吸鏈爆發(fā)，誘導肥大細胞釋放促炎介質；也可促進入中性粒細胞與層粘連蛋白和內皮細胞的粘附；還可作為單核細胞和巨噬細胞的趨化因子。Gal-3的生物學作用，包括炎癥作用，需要通過與特定配體結合而產生。如：Gal-3通過加強IgE和IgE受體之間的蛋白親和力、觸發(fā)嗜堿性粒細胞和肥大細胞的活化和趨化，最終在炎癥中發(fā)揮關鍵作用。

3 Gal-3在部分心血管疾病中的研究進展

炎癥反應和組織纖維化之間的關系一慢性炎癥反應導致器官實質細胞發(fā)生壞死，組織內細胞外基質異常增多和過度沉積，進而破壞組織結構，最終使組織纖維化。Pineda等、Jagodzinski等諸多學者已經(jīng)證明，心肌組織的炎癥活動和纖維化改變與Gal-3的生物學功能關系緊密。在整個心血管系統(tǒng)疾病中與慢性炎癥反應和組織纖維化均有密切關系的主要是CHD、AF、和HF。但它們又各有側重：CHD主要與慢性炎癥相關、AF和HF主要與纖維化密切相關，而且HF是CHD、AF等諸多心血管疾病長期發(fā)展的最終病理生理過程和階段。所以本文主要討論Gal-3在這三種心血管疾病中的研究進展。

3.1 Gal-3與CHD：炎癥細胞釋放大量的細胞因子、蛋白酶及生長因子等，從而持續(xù)損傷血管壁，這是動脈粥樣硬化產生的關鍵，而動脈粥樣硬化是產生CHD的基礎；炎癥反應在CHD導致的各主要心血管事件中有明確而顯著的作用，所以炎癥反應是CHD的發(fā)生和發(fā)展必不可少的因素。目前，人們認為Gal-3在CHD的炎癥反應中的機制，可能傾向于以下幾方面：（1）作為強大的炎癥信號因子，Gal-3可促進炎癥因子的產生，加強炎癥因子的趨化和貼壁進而持續(xù)損傷血管壁。Gal-3能提高機體內單核細胞趨化因子和部分其他炎癥因子的表達水平，促使單核細胞優(yōu)先聚集于已有基礎病變的血管內皮細胞，特別是動脈粥樣斑塊病變的脂質核心處。Gal-3不但能促進單核細胞分化成巨噬細胞，同時Gal-3作為一個分泌蛋白，炎癥活動時還能以自分泌的方式激活巨噬細胞分泌較高水平的趨化因子和促炎因子，增強巨噬細胞與層粘連蛋白、纖維連接蛋白及Ⅳ型膠原等相結合。因此，在炎癥反應的粘附和趨化作用下，炎癥細胞、炎癥因子及部分損傷血管的非炎癥因子與血管內皮細胞的黏附，使持續(xù)進入血管壁的單核細胞或巨噬細胞能夠不斷損傷血管，并與低密度脂蛋白膽固醇相互作用后形成泡沫細胞，最終使動脈發(fā)生粥樣硬化改變。（2）Gal-3可以促進單核細胞分化為巨噬細胞，使機體釋放大量炎癥因子：IL-8、IL-6、腫瘤壞死因子a單核細胞趨化蛋白1等。（3）缺血再灌注時，Gal-3能誘導單核細胞和嗜中性粒細胞產生超氧化物歧化酶，而且由活化巨噬細胞分泌的Gal-3激活的還原型輔酶Ⅱ加強了呼吸鏈電子傳遞反應；同時，屬于促炎性細胞因子的Gal-3也能激活中性粒細胞，促使循環(huán)系統(tǒng)中活化的中性粒細胞的線粒體呼吸鏈爆發(fā)，產生大量氧自由基。最終，超氧化物歧化酶、還原型輔酶Ⅱ和氧自由基等共同作用，使機體氧化應激增強，加重缺血組織損傷。（4）在病變的血管內皮細胞處，Gal-3可增強巨噬細胞、平滑肌細胞等對氧化修飾低密度脂蛋白的攝取能力，致血管壁中膜層的泡沫細胞增多，加快動脈粥樣硬化進程。（5）Gal-3作為高級糖基化終末產物的受體，與血液中高級糖基化終末產物修飾的蛋白結合后會形成有較強氧化作用的自由基并損傷血管，同時這些自由基也可以通過信使作用改變細胞功能，特別是對血管內皮細胞；氧化作用和信使作用損傷血管內皮，增加血管通透性，最終加快了血管粥樣硬化進程。

在發(fā)生動脈粥樣硬化時，Gal-3表達水平的增加主要表現(xiàn)在動脈病變處的巨噬細胞和泡沫細胞中，而且其表達水平與斑塊病變程度呈正比。Mackinno等把高膽固醇喂養(yǎng)的APOE基因缺陷大鼠分為2組，一組敲除其Gal-3基因后，大鼠病變部位的斑塊體積較??；另一組未敲除Gal-3基因的大鼠，Gal-3抑制劑可以減小斑塊體積。Falcone等發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定型心絞痛患者血漿中Gal-3水平顯著高于穩(wěn)定型心絞痛患者（P<0.01），認為Gal-3在CHD人群中可反映炎癥活動狀態(tài)及動脈斑塊的穩(wěn)定性。de Boer等通過10年跟蹤觀察7968位正常人，發(fā)現(xiàn)易患心血管疾病的人群有Gal-3基線水平偏高這一特征，并得出了Gal-3水平與外周動脈血壓、體質量指數(shù)、空腹血糖及血脂等心血管危險因素正相關（P<0.01）。Tsai等發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，ST段抬高型心肌梗死患者血清中Gal-3水平明顯增高（P<0.01）；同時以7.67ng/ml為界限，發(fā)現(xiàn)Gal-3≥7.67ng/ml組的患者：不但冠狀動脈多支病變率更高，而且年齡偏大、射血分數(shù)偏低、心功能更差（P<0.05），表明Gal-3可用于CHD人群的危險分層。Lisowska等對由233例心肌梗死患者和100例穩(wěn)定性冠心病患者組成的研究組和100例健康人組成的對照組進行研究，發(fā)現(xiàn)研究組的血清Gal-3水平中位數(shù)（心肌梗死患者：7.9ng/ml，P<0.01和冠心病患者：10.7ng/ml，P<0.01）顯著高于對照組（5.5ng/m1）；而且研究組中3支血管病變患者的血清Gal-3水平高于1或2支血管病變患者（9.2ng/ml和7.4ng/ml，P<0.01）。

3.2 Gal-3與HF和AF：心肌纖維化和心臟組織重構是AF和HF的主要病理生理機制之一。HF主要是心室重構，而AF主要是心房重構。成年哺乳動物的心臟含有豐富的血管周圍間質成纖維細胞，這些細胞可分化為肌成纖維細胞，而可表達收縮蛋白（如a平滑肌肌動蛋白）的肌成纖維細胞分泌的基質蛋白是損傷心肌修復的關鍵。除心臟固有的成纖維細胞外，還有骨髓來源的成纖維細胞祖細胞、內皮細胞轉化的間質細胞和平滑肌細胞等都可能使損傷的心肌變?yōu)榇罅康募〕衫w維細胞。成纖維細胞轉化為肌成纖維細胞需要幾個微環(huán)境因素的相互合作：激活的轉化生長因子β是間充質細胞中誘導彈性蛋白的關鍵介質；特殊基質蛋白沉積的表達和沉積，如ED-A纖維連接蛋白和基質細胞蛋白；機械應力的增加由正常的基質網(wǎng)絡的毀壞而觸發(fā)；以及促炎性介質（如白細胞介素1β）的遷移抑制肌成纖維細胞轉換。

Gal-3能介導巨噬細胞和肥大細胞浸潤心肌，增加心臟血管周圍和心肌間質的纖維化及膠原沉積，引起心肌肥厚和順應性減弱而導致HF發(fā)生。目前，在AF的發(fā)病機制中，多數(shù)研究者比較認可心房的電重構和結構重構：早期是以離子通道和電生理改變?yōu)橹鞯碾娭貥?，晚期則是以心房纖維化、心肌細胞凋亡等組織改變?yōu)橹鞯慕Y構重構。在整個心房重構的進程中，心肌慢性炎癥和纖維化均較為重要。Gal-3能激活心肌成纖維細胞：促進心臟巨噬細胞浸潤和刺激纖維母細胞活化，而這兩種細胞在心肌纖維化的過程中都具有重要作用。Gal-3可選擇性地促進組織纖維化的始動細胞一巨噬細胞的激活，這可能與由IL-4所誘導的多核巨細胞的形成有關。慢性炎癥時，被刺激的單核一巨噬細胞系統(tǒng)可使機體分泌大量Gal-3到細胞間，Gal-3能增強細胞周期蛋白D1的活性，靜止期成纖維細胞得以激活、分化，進而使纖維母細胞活化，引起增殖細胞核抗原、以及由微絲、微管和中間絲組成的細胞骨架蛋白等高表達，心肌纖維細胞內的工型膠原a-1鏈等合成增加；此時，在熱休克蛋白和脯氨酰4-羥化酶等作用下，細胞內前膠原鏈的賴氨酸和脯氨酸的糖基化和羥基化反應增強，前膠原發(fā)生折疊后被運輸?shù)郊毎g；而折疊膠原的前肽N端和C端在賴氨酰氧化酶和工型前膠原氨基酸前肽等的共同作用下，發(fā)生斷裂，最終形成膠原?？傊匝装Y時，心肌纖維化是膠原持續(xù)產生、聚集和耦聯(lián)的結果。此外，Gal-3還能與組織金屬蛋白酶抑制劑和基質金屬蛋白酶相互作用而減少細胞外基質降解，進而引起組織纖維化。

研究表明Gal-3不但參與了HF的產生和發(fā)展，而且還是評估HF預后的一個有效指標。Than-davarayan等在左室功能障礙的動物模型中，發(fā)現(xiàn)心肌組織中Gal-3的表達明顯增高。MacKinnon等向正常大鼠心包腔灌注一定量的Gal-3后，心臟射血分數(shù)值降低，心包膜壁層和臟層增厚、粘連和融合，最終導致心臟組織結構纖維化。Yu等發(fā)現(xiàn)在高血壓轉基因大鼠中，能減少工型和Ⅲ型膠原生成的Gal.3抑制劑N-乙酰乳糖胺，可減輕心肌纖維化，因而他們指出：心肌纖維化形成及消退的整個過程可能都有Gal-3參與。有研究發(fā)現(xiàn)，血管緊張素轉換酶抑制劑的降解產物：N-乙酰-絲氨酸-天冬氨酸-賴氨酸一脯氨酸可通過降低Gal-3在心臟組織中的水平，最終減輕心肌纖維化程度，這也許是值得我們深入研究的血管緊張素轉換酶抑制劑抑制心肌重塑的又一機制。Svgitowicz等發(fā)現(xiàn)急性心力衰竭患者血清Gal-3水平的中位數(shù)17.8（10.3～27.8）ng/ml是對照組8.4（6.5～11.0）ng/ml的2倍（P<0.01）；而在這些急性心力衰竭患者中，血清Gal-3水平顯著升高者的生存時間更短[（55.6±37.6）ng/mL vs（15.0±7.04）ng/mL，P<0.01]。而Feola等通過聯(lián)合觀察慢性心力衰竭患者的血漿Gal-3和B型腦鈉肽，也得出了類似的結論。

如前所述，Gal-3在AF可能發(fā)揮了重要的作用。Chen等研究陣發(fā)性和持續(xù)性AF患者131例，兩組Gal-3血清水平分別是：（9.4±3.3）ng/ml和（8±3.3）ng/ml（P<0.05），認為AF的發(fā)病機制可能涉及激活的巨噬細胞啟動了炎癥級聯(lián)反應，進而釋放大量Gal-3到心肌細胞間，Gal-3激活成纖維細胞導致心房纖維化，最終發(fā)生AF。Takemoto等對29例陣發(fā)性AF和26例持續(xù)性AF進行射頻消融后，測量心內血清Gal-3濃度，發(fā)現(xiàn)持續(xù)性AF患者的心內血清Gal-3濃度比陣發(fā)性AF患者更高；同時，Gal-3水平也是這兩型AF射頻消融術后復發(fā)的獨立預測因子。吳曉燕等以連續(xù)50例無結構性心臟病、且接受首次射頻消融術的持續(xù)性AF患者和46例健康對照人群進行對比，也得到了與Takemoto等相似的結果。發(fā)現(xiàn)：（1）與健康人群相比，持續(xù)性AF患者的血液Gal-3水平較高（P<0.01）；（2）持續(xù)性AF組，射頻消融術后復發(fā)者的血液Gal-3水平高于未復發(fā)者（P<0.01）；（3）血液Gal-3水平（Hazard Ratio：1.28，P<0.01）是持續(xù)性AF射頻消融術后復發(fā)的獨立預測因子。然而，有的研究也不完全支持Gal-3在AF風險中的預測作用，如：Ho等在3306名弗明漢隊列的后代中，通過10年以上的年齡和性別匹配分析，發(fā)現(xiàn)較高的血液Gal-3水平與AF發(fā)展風險的增加有相關性；但是經(jīng)過校正那些先前已經(jīng)被證實可以預測AF風險的臨床因子后，這種相關性就不再那么明顯了。

大量研究提示，Gal-3在CHD、HF及AF的發(fā)生、進展均有顯著的作用，Gal-3有望成為CHD、HF、AF病情判斷的生化標志物。但我們更應認識到，CHD、HF及AF均包含炎癥反應和心肌纖維化這兩個主要的病理生理機制，且CHD、HF及AF在一條件下可以共同存在、相互作用，這就需要我們從整個心血管系統(tǒng)的角度去進一步認識Gal-3在炎癥反應和心肌纖維化方面的重要作用。